数学名师叶中豪整理高中数学竞赛平面几何讲义(完整版)

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高中数学竞赛平面几何讲座(非常详细)

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第一讲 注意添加平行线证题在同一平面内,不相交的两条直线叫平行线.平行线是初中平面几何最基本的,也是非常重要的图形.在证明某些平面几何问题时,若能依据证题的需要,添加恰当的平行线,则能使证明顺畅、简洁.添加平行线证题,一般有如下四种情况. 1、为了改变角的位置大家知道,两条平行直线被第三条直线所截,同位角相等,内错角相等,同旁内角互补.利用这些性质,常可通过添加平行线,将某些角的位置改变,以满足求解的需要. 例1 、设P 、Q 为线段BC 上两点,且BP =CQ,A 为BC 外一动点(如图1).当点A 运动到使∠BAP =∠CAQ 时,△ABC 是什么三角形?试证明你的结论. 答: 当点A 运动到使∠BAP =∠CAQ 时,△ABC 为等腰三角形. 证明:如图1,分别过点P 、B 作AC 、AQ 的平行线得交点D .连结DA .在△DBP =∠AQC 中,显然∠DBP =∠AQC ,∠DPB =∠C . 由BP =CQ ,可知△DBP ≌△AQC .有DP =AC ,∠BDP =∠QAC .于是,DA ∥BP ,∠BAP =∠BDP .则A 、D 、B 、P 四点共圆,且四边形ADBP 为等腰梯形.故AB =DP .所以AB =AC .这里,通过作平行线,将∠QAC “平推”到∠BDP 的位置.由于A 、D 、B 、P 四点共圆,使证明很顺畅.例2、如图2,四边形ABCD 为平行四边形,∠BAF =∠BCE .求证:∠EBA =∠ADE . 证明:如图2,分别过点A 、B 作ED 、EC 的平行线,得交点P ,连PE .由AB CD ,易知△PBA ≌△ECD .有PA =ED ,PB =EC . 显然,四边形PBCE 、PADE 均为平行四边形.有∠BCE =∠BPE ,∠APE =∠ADE .由∠BAF =∠BCE ,可知∠BAF =∠BPE .有P 、B 、A 、E 四点共圆.于是,∠EBA =∠APE .所以,∠EBA =∠ADE .这里,通过添加平行线,使已知与未知中的四个角通过P 、B 、A 、E 四点共圆,紧密联系起来.∠APE 成为∠EBA 与∠ADE 相等的媒介,证法很巧妙. 2、欲“送”线段到当处利用“平行线间距离相等”、“夹在平行线间的平行线段相等”这两条,常可通过添加平行线,将某些线段“送”到恰当位置,以证题.例3、在△ABC 中,BD 、CE 为角平分线,P 为ED 上任意一点.过P 分别作AC 、AB 、BC 的垂线,M 、N 、Q 为垂足.求证:PM +PN =PQ .证明:如图3,过点P 作AB 的平行线交BD 于F ,过点F 作BC 的 平行线分别交PQ 、AC 于K 、G ,连PG . 由BD 平行∠ABC ,可知点F 到AB 、BC∥=A D BP QC图1PE D G A B FC图2A N E BQ K G CD M FP 图3两边距离相等.有KQ =PN . 显然,PD EP =FD EF =GDCG,可知PG ∥EC . 由CE 平分∠BCA ,知GP 平分∠FGA .有PK =PM .于是,PM +PN =PK +KQ =PQ . 这里,通过添加平行线,将PQ “掐开”成两段,证得PM =PK ,就有PM +PN =PQ .证法非常简捷.3 、为了线段比的转化由于“平行于三角形一边的直线截其它两边,所得对应线段成比例”,在一些问题中,可以通过添加平行线,实现某些线段比的良性转化.这在平面几何证题中是会经常遇到的. 例4 设M 1、M 2是△ABC 的BC 边上的点,且BM 1=CM 2.任作一直线分别交AB 、AC 、AM 1、AM 2于P 、Q 、N 1、N 2.试证:APAB+AQ AC =11AN AM +22AN AM .证明:如图4,若PQ ∥BC ,易证结论成立. 若PQ 与BC 不平行, 设PQ 交直线BC 于D .过点A 作PQ 的平行线交直线BC 于E . 由BM 1=CM 2,可知BE +CE =M 1E +M 2E , 易知 AP AB =DE BE ,AQ AC =DE CE ,11AN AM =DE E M 1,22AN AM =DE E M 2.则AP AB +AQ AC =DECEBE +=DE E M E M 21+=11AN AM +22AN AM .所以,APAB+AQ AC =11AN AM +22AN AM .这里,仅仅添加了一条平行线,将求证式中的四个线段比“通分”,使公分母为DE ,于是问题迎刃而解.例5、 AD 是△ABC 的高线,K 为AD 上一点,BK 交AC 于E ,CK 交AB 于F .求证:∠FDA =∠EDA .证明:如图5,过点A 作BC 的平行线,分别交直线DE 、DF 、 BE 、CF 于Q 、P 、N 、M .显然,AN BD =KA KD =AMDC .有BD ·AM =DC ·AN . (1)由BD AP =FB AF =BC AM ,有AP =BC AM BD ·. (2) 由DCAQ =EC AE =BC AN ,有AQ =BC AN DC ·. (3)对比(1)、(2)、(3)有AP =AQ .显然AD 为PQ 的中垂线,故AD 平分∠PDQ .所以,∠FDA =∠EDA .这里,原题并未涉及线段比,添加BC 的平行线,就有大量的比例式产生,恰当地运用这些比例式,就使AP 与AQ 的相等关系显现出来.4、为了线段相等的传递AP EDM 2M 1BQN 1N 2图4图5MP A Q NFB DC EK当题目给出或求证某点为线段中点时,应注意到平行线等分线段定理,用平行线将线段相等的关系传递开去.例6 在△ABC 中,AD 是BC 边上的中线,点M 在AB 边上,点N 在AC 边上,并且∠MDN=90°.如果BM 2+CN 2=DM 2+DN 2,求证:AD 2=41(AB 2+AC 2). 证明:如图6,过点B 作AC 的平行线交ND 延长线于E .连ME .由BD =DC ,可知ED =DN .有△BED ≌△CND . 于是,BE =NC . 显然,MD 为EN 的中垂线.有 EM =MN .由BM 2+BE 2=BM 2+NC 2=MD 2+DN 2=MN 2=EM 2,可知△BEM 为直角三角形,∠MBE =90°.有∠ABC +∠ACB =∠ABC +∠EBC =90°.于是,∠BAC =90°.所以,AD 2=221⎪⎭⎫ ⎝⎛BC =41(AB 2+AC 2).这里,添加AC 的平行线,将BC 的以D 为中点的性质传递给EN ,使解题找到出路. 例7、如图7,AB 为半圆直径,D 为AB 上一点,分别在半圆上取点E 、F ,使EA =DA ,FB =DB .过D 作AB 的垂线,交半圆于C .求证:CD 平分EF .证明:如图7,分别过点E 、F 作AB 的垂线,G 、H 为垂足,连FA 、EB . 易知DB 2=FB 2=AB ·HB ,AD 2=AE 2=AG ·AB . 二式相减,得DB 2-AD 2=AB ·(HB -AG ),或 (DB -AD )·AB =AB ·(HB -AG ).于是,DB -AD =HB -AG ,或 DB -HB =AD -AG . 就是DH =GD .显然,EG ∥CD ∥FH .故CD 平分EF .这里,为证明CD 平分EF ,想到可先证CD 平分GH .为此添加CD 的两条平行线EG 、FH ,从而得到G 、H 两点.证明很精彩.经过一点的若干直线称为一组直线束.一组直线束在一条直线上截得的线段相等,在该直线的平行直线上截得的线段也相等.如图8,三直线AB 、AN 、AC 构成一组直线束,DE 是与BC 平行的直线.于是,有BN DM =AN AM =NC ME ,即 BN DM=NCME 或ME DM =NC BN . 此式表明,DM =ME 的充要条件是 BN =NC .利用平行线的这一性质,解决某些线段相等的问题会很漂亮. 例8 如图9,ABCD 为四边形,两组对边延长后得交点E 、F ,对角线BD ∥EF ,AC 的延长线交EF 于G .求证:EG =GF .证明:如图9,过C 作EF 的平行线分别交AE 、AF 于M 、N .由BD ∥EF , 可知MN ∥BD .易知 S △BEF =S △DEF .有S △BEC =S △ⅡKG - *5ⅡDFC . 可得MC =CN . 所以,EG =GF .例9 如图10,⊙O 是△ABC 的边BC 外的旁切圆,D 、E 、F 分别为⊙O与BC 、CA 、AB图6AN CDEB MAGD O HBFC E图7图8A DBN C EM图9ABM EF ND CG的切点.若OD 与EF 相交于K ,求证:AK 平分BC .证明:如图10,过点K 作BC 的行平线分别交直线AB 、AC 于Q 、P 两点,连OP 、OQ 、OE 、OF . 由OD ⊥BC ,可知OK ⊥PQ .由OF ⊥AB ,可知O 、K 、F 、Q 四点共圆,有∠FOQ =∠FKQ . 由OE ⊥AC ,可知O 、K 、P 、E 四点共圆.有∠EOP =∠EKP .显然,∠FKQ =∠EKP ,可知∠FOQ =∠EOP .由OF =OE,可知Rt △OFQ ≌Rt △OEP . 则OQ =OP .于是,OK 为PQ 的中垂线,故 QK =KP .所以,AK 平分BC .综上,我们介绍了平行线在平面几何问题中的应用.同学们在实践中应注意适时添加平行线,让平行线在平面几何证题中发挥应有的作用.练习题1. 四边形ABCD 中,AB =CD ,M 、N 分别为AD 、BC 的中点,延长BA 交直线NM 于E ,延长CD 交直线NM 于F .求证:∠BEN =∠CFN . (提示:设P 为AC 的中点,易证PM =PN .)2. 设P 为△ABC 边BC 上一点,且PC =2PB .已知∠ABC =45°,∠APC =60°.求∠ACB .(提示:过点C 作PA 的平行线交BA 延长线于点D .易证△ACD ∽△PBA .答:75°) 3. 六边形ABCDEF 的各角相等,FA =AB =BC ,∠EBD =60°,S △EBD =60cm 2.求六边形ABCDEF 的面积.(提示:设EF 、DC 分别交直线AB 于P 、Q ,过点E 作DC 的平行线交AB 于点M .所求面积与EMQD 面积相等.答:120cm 2)4. AD 为Rt △ABC 的斜边BC 上的高,P 是AD 的中点,连BP 并延长交AC 于E .已知AC :AB =k .求AE :EC .(提示:过点A 作BC 的平行线交BE 延长线于点F .设BC =1,有AD =k ,DC =k 2.答:211k ) 5. AB 为半圆直径,C 为半圆上一点,CD ⊥AB 于D ,E 为DB 上一点,过D 作CE 的垂线交CB 于F .求证:DE AD =FBCF.(提示:过点F 作AB 的平行线交CE 于点H .H 为△CDF 的垂心.)6. 在△ABC 中,∠A :∠B :∠C =4:2:1,∠A 、∠B 、∠C 的对边分别为a 、b 、c .求证:a1+b 1=c1.(提示:在BC 上取一点D ,使AD =AB .分别过点B 、C 作AD 的平行线交直线CA 、BA 于点E 、F.)O图107. △ABC 的内切圆分别切BC 、CA 、AB 于点D 、E 、F ,过点F 作BC 的平行线分别交直线DA 、DE 于点H 、G .求证:FH =HG .(提示:过点A 作BC 的平行线分别交直线DE 、DF 于点M 、N .)8. AD 为⊙O 的直径,PD 为⊙O 的切线,PCB 为⊙O 的割线,PO 分别交AB 、AC 于点M 、N .求证:OM =ON .(提示:过点C 作PM 的平行线分别交AB 、AD 于点E 、F .过O 作BP 的垂线,G 为垂足.AB ∥GF .)第二讲 巧添辅助 妙解竞赛题在某些数学竞赛问题中,巧妙添置辅助圆常可以沟通直线形和圆的内在联系,通过圆的有关性质找到解题途径.下面举例说明添置辅助圆解初中数学竞赛题的若干思路. 1、挖掘隐含的辅助圆解题有些问题的题设或图形本身隐含着“点共圆”,此时若能把握问题提供的信息,恰当补出辅助圆,并合理挖掘图形隐含的性质,就会使题设和结论的逻辑关系明朗化. 1.1 作出三角形的外接圆 例1 如图1,在△ABC 中,AB =AC ,D 是底边BC 上一点,E 是线段AD 上一点且∠BED =2∠CED =∠A .求证:BD =2CD .分析:关键是寻求∠BED =2∠CED 与结论的联系.容易想到作∠BED 的平分线,但因BE ≠ED ,故不能直接证出BD =2CD .若延长AD 交△ABC 的外接圆于F ,则可得EB =EF ,从而获取.证明:如图1,延长AD 与△ABC 的外接圆相交于点F ,连结CF 与BF ,则∠BFA =∠BCA=∠ABC =∠AFC,即∠BFD =∠CFD .故BF :CF =BD :DC .又∠BEF =∠BAC ,∠BFE =∠BCA ,从而∠FBE =∠ABC =∠ACB =∠BFE . 故EB =EF . 作∠BEF 的平分线交BF 于G ,则BG =GF . 因∠GEF =21∠BEF =∠CEF ,∠GFE =∠CFE ,故△FEG ≌△FEC .从而GF =FC . 于是,BF =2CF .故BD =2CD . 1.2 利用四点共圆例2 凸四边形ABCD 中,∠ABC =60°,∠BAD =∠BCD =90°,AB =2,CD =1,对角线AC 、BD 交于点O ,如图2.则sin ∠AOB =____. 分析:由∠BAD =∠BCD =90°可知A 、B 、C 、D四点共圆,欲求sin ∠AOB ,联想到托勒密定理,只须求出BC 、AD 即可.解:因∠BAD =∠BCD =90°,故A 、B 、C 、D 四点共圆.延长BA 、CD 交于P ,则∠ADP =∠ABC =60°.A BGCD FE图1ABCDPO 图2设AD =x ,有AP =3x ,DP =2x .由割线定理得(2+3x )3x =2x (1+2x ).解得AD =x =23-2,BC =21BP =4-3. 由托勒密定理有 BD ·CA =(4-3)(23-2)+2×1=103-12.又S ABCD =S △ABD +S △BCD =233. 故sin ∠AOB =263615+. 例3 已知:如图3,AB =BC =CA =AD ,AH ⊥CD 于H ,CP ⊥BC ,CP 交AH 于P .求证:△ABC 的面积S =43AP ·BD .分析:因S △ABC =43BC 2=43AC ·BC ,只须证AC ·BC =AP ·BD ,转化为证△APC ∽△BCD .这由A 、B 、C 、Q 四点共圆易证(Q 为BD 与AH 交点).证明:记BD 与AH 交于点Q ,则由AC =AD ,AH ⊥CD 得∠ACQ =∠ADQ .又AB =AD ,故∠ADQ =∠ABQ .从而,∠ABQ =∠ACQ .可知A 、B 、C 、Q 四点共圆. ∵∠APC =90°+∠PCH =∠BCD ,∠CBQ =∠CAQ , ∴△APC ∽△BCD . ∴AC ·BC =AP ·BD .于是,S =43AC ·BC =43AP ·BD . 2 、构造相关的辅助圆解题有些问题貌似与圆无关,但问题的题设或结论或图形提供了某些与圆的性质相似的信息,此时可大胆联想构造出与题目相关的辅助圆,将原问题转化为与圆有关的问题加以解决. 2.1 联想圆的定义构造辅助圆例4 如图4,四边形ABCD 中,AB ∥CD ,AD =DC =DB =p ,BC =q .求对角线AC 的长. 分析:由“AD =DC =DB =p ”可知A 、B 、C 在半径为p 的⊙D 上.利 用圆的性质即可找到AC 与p 、q 的关系. 解:延长CD 交半径为p 的⊙D 于E 点,连结AE .显然A 、B 、C 在⊙D 上.∵AB ∥CD ,∴BC =AE .从而,BC =AE =q .在△ACE 中,∠CAE =90°,CE =2p ,AE =q ,故 AC =22AE CE -=224q p -. 2.2联想直径的性质构造辅助圆例5 已知抛物线y =-x 2+2x +8与x 轴交于B 、C 两点,点D 平分BC .若在x 轴上侧的A 点为抛物线上的动点,且∠BAC 为锐角,则AD 的取值范围是____.分析:由“∠BAC 为锐角”可知点A 在以定线段BC 为直径的圆外,又点A 在x 轴上侧,从而可确定动点A 的范围,进而确定AD 的取值范围.A图3BPQDHC A EDCB图4解:如图5,所给抛物线的顶点为A 0(1,9),对称轴为x =1,与x 轴交 于两点B (-2,0)、C (4,0).分别以BC 、DA 为直径作⊙D 、⊙E ,则两圆与抛物线均交于两点P (1-22,1)、Q (1+22,1).可知,点A 在不含端点的抛物线PA 0Q 内时,∠BAC <90°.且有 3=DP =DQ <AD ≤DA 0=9,即AD 的取值范围是3<AD ≤9. 2.3 联想圆幂定理构造辅助圆例6 AD 是Rt △ABC 斜边BC 上的高,∠B 的平行线交AD 于M ,交AC 于N .求证:AB 2-AN 2=BM ·BN .分析:因AB 2-AN 2=(AB +AN )(AB -AN )=BM ·BN ,而由题设易知AM =AN ,联想割线定理,构造辅助圆即可证得结论.证明:如图6, ∵∠2+∠3=∠4+∠5=90°, 又∠3=∠4,∠1=∠5,∴∠1=∠2.从而,AM =AN . 以AM 长为半径作⊙A ,交AB 于F ,交BA 的延长线于E . 则AE =AF =AN . 由割线定理有BM ·BN =BF ·BE =(AB +AE )(AB -AF )=(AB +AN )(AB -AN )=AB 2-AN 2,即 AB 2-AN 2=BM ·BN .例7 如图7,ABCD 是⊙O 的内接四边形,延长AB 和DC 相交于E ,延长AB 和DC 相交于E ,延长AD 和BC 相交于F ,EP 和FQ 分别切⊙O 于P 、Q .求证:EP 2+FQ 2=EF 2. 分析:因EP 和FQ 是⊙O 的切线,由结论联想到切割线定理,构造辅助圆使EP 、FQ 向EF 转化.证明:如图7,作△BCE 的外接圆交EF 于G ,连结CG . 因∠FDC =∠ABC =∠CGE ,故F 、D 、C 、G 四点共圆. 由切割线定理,有EF 2=(EG +GF )·EF =EG ·EF +GF ·EF =EC ·ED +FC ·FB =EC ·ED +FC ·FB =EP 2+FQ 2, 即 EP 2+FQ 2=EF 2.2.4 联想托勒密定理构造辅助圆例8 如图8,△ABC 与△A 'B 'C '的三边分别为a 、b 、c 与a '、b '、c ',且∠B =∠B ',∠A +∠A '=180°.试证:aa '=bb '+cc '. 分析:因∠B =∠B ',∠A +∠A '=180°,由结论联想到托勒密定理,构造圆内接四边形加以证明. 证明:作△ABC 的外接圆,过C 作CD ∥AB 交圆于D ,连结AD 和BD ,如图9所示.∵∠A +∠A '=180°=∠A +∠D , ∠BCD =∠B =∠B ',E A NCD B FM 12345图6(1)(2)图8ABCA'B'C'c a b a'c'b'ABCa bb c∴∠A '=∠D ,∠B '=∠BCD .∴△A 'B 'C '∽△DCB . 有DC B A ''=CB C B ''=DBC A '', 即 DC c '=aa '=DB b '. 故DC =''a ac ,DB =''a ab .又AB ∥DC ,可知BD =AC =b ,BC =AD =a .从而,由托勒密定理,得 AD ·BC =AB ·DC +AC ·BD ,即 a 2=c ·''a ac +b ·''a ab . 故aa '=bb '+cc '. 练习题1. 作一个辅助圆证明:△ABC 中,若AD 平分∠A ,则AC AB =DCBD. (提示:不妨设AB ≥AC ,作△ADC 的外接圆交AB 于E ,证△ABC ∽△DBE ,从而ACAB=DE BD =DCBD.) 2. 已知凸五边形ABCDE 中,∠BAE =3a ,BC =CD =DE ,∠BCD =∠CDE =180°-2a .求证:∠BAC =∠CAD =∠DAE .(提示:由已知证明∠BCE =∠BDE =180°-3a ,从而A 、B 、C 、D 、E 共圆,得∠BAC =∠CAD =∠DAE .)3. 在△ABC 中AB =BC ,∠ABC =20°,在AB 边上取一点M ,使BM =AC .求∠AMC 的度数.(提示:以BC 为边在△ABC 外作正△KBC ,连结KM ,证B 、M 、C 共圆,从而∠BCM =21∠BKM =10°,得∠AMC =30°.) 4.如图10,AC 是ABCD 较长的对角线,过C 作CF ⊥AF ,CE ⊥AE .求证:AB ·AE +AD ·AF =AC 2.(提示:分别以BC 和CD 为直径作圆交AC 于点G 、H .则CG =AH ,由割线定理可证得结论.)5. 如图11.已知⊙O 1和⊙O 2相交于A 、B ,直线CD 过A 交⊙O 1和⊙O 2于C 、D ,且AC =AD ,EC 、ED 分别切两圆于C 、D .求证:AC 2=AB ·AE .(提示:作△BCD 的外接圆⊙O 3,延长BA 交⊙O 3于F ,证E 在⊙O 3上,得△ACE ≌△ADF ,从而AE =AF ,由相交弦定理即得结论.) 6.已知E 是△ABC 的外接圆之劣弧BC 的中点.求证:AB ·AC =AE 2-BE 2.F DAEC图10图11(提示:以BE 为半径作辅助圆⊙E ,交AE 及其延长线于N 、M ,由△ANC ∽△ABM 证AB ·AC =AN ·AM .)7. 若正五边形ABCD E 的边长为a ,对角线长为b ,试证:a b -ba=1. (提示:证b 2=a 2+ab ,联想托勒密定理作出五边形的外接圆即可证得.)第三讲 点共线、线共点在本小节中包括点共线、线共点的一般证明方法及梅涅劳斯定理、塞瓦定理的应用。

叶中豪平面几何讲座2

叶中豪平面几何讲座2

1、一道有趣的新编题设D、E、F是△ABC的内切圆的切点,O、I分别是其外心和内心,在DI、EI、FI的延长线上分别截取IA'=IB'=IC'=R(外接圆半径)。

求证:AA'=BB'=CC'=OI;且直线AA'、BB'、CC'共点于外接圆上一点P,P关于△ABC的Simson线恰垂直于OI。

2、大家来讨论一下中等数学高248号问题怎么解决本题结论优美,是Fuhrmann圆的推广。

(当P点取垂心时即得到Fuhrmann圆)呵呵,没有必要Menelaus定理,有如下巧证:如图,自A、B、C分别作PA、PB、PC的垂线,围成△DEF。

取△DEF的内心I。

易见A1在以PD为直径的圆上,且因A1是BC弧中点,故D、I、A1共线。

得∠PA1I =90°。

同理∠PB1I=∠PC1I=90°。

故A1、B1、C1、P、I五点共圆。

证毕评注:《近代欧氏几何学》第7章§207定理(曼海姆):“如图,设△DEF是△ABC的内接三角形,△DEF关于△ABC的Miquel点为M。

设任意三条共点直线AP、BP、CP交相应的Miquel圆于A1、B1、C1,则A1、B1、C1、M、P五点共圆。

”取P为△ABC的内心,并改换△DEF作为立足点,即可得到原题。

3、垂极点研究已知△ABC和任意直线x,自A、B、C作x的垂线,垂足分别为A′、B′、C′;再自A′、B′、C′分别作对边BC、CA、AB的垂线,那么这三条垂线一定共点。

这一结论用平方差原理不难论证,它属于两个三角形正交的一种退化情形。

(其中退化三角形就是A′B′C′)所共点X,可称为△ABC关于直线x的“垂极点”(orthopole),见《近代欧氏几何学》§406。

垂极点在近代欧氏几何里是个相对重要的概念,曾被Neuberg、Soons、Gallatly 等人广泛研究。

叶中豪平面几何讲座1.

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5.如图,设D
BC中垂线上的
射影为E、Hc。
求证:HaE 6.三角形ABC、F,AD和⊙I
相交于M,AB于G。求证:CD=
7.给定△ABC。点D、E在直线AB上,顺次为D、A、B、E,AD=AC,BE=BC。∠A、∠B的平分线分别交BC、AC于P、Q,交△ABC外接圆于M和N。A与△BME外心的联线及B与△AND外心的联线交于点X。求证:CX ⊥PQ。(09012901.gsp
例题和习题
1.已知:ABCD是圆外切四边形,内切圆心O在对角线BD上射影为M。求证:∠AMD=∠CMD。(09010703.gsp

2.在ΔABC中AC>BC,F是AB的中点,过F作它的外接圆直径DE,使得C、E
在AB同一侧,又过C做AB的平行线交DE于L。
求证:(AC+BC2=4DL ×EF。(09011003.gsp

8.矩形ABCD中,AB
AC。P是以为AB直径的半圆上任意一点,PC、PD分别交AB于F、E。求证:AE 2+BF 2=AB 2。(09013001.gsp

9.如图,△ABC中,M为BC的中点,以AM为直径的圆分别与AB、AC交于E、F两点,圆在E、F两点的切线交于点D。
求证:DM ⊥BC。(09013101.gsp

10.△ABC中,∠A=60°,I为△ABC的内心,过I做IE ∥AC交AB于E。在BC上取一点D,使得CD=2BD。求证:∠B=2∠DEB。(09020201.gsp

11.设⊙O 1与⊙O 2交于C、D。过D的直线交⊙O 1与⊙O 2于A、B。点P在弧AD上,PD与AC的延长线交于M,Q在弧BD上,QD与BC的延长线交于N,O为△ABC外心。求证:MN ⊥OD是P、Q、M、N四点共圆的充要条件。(09020401.gsp

几何大王【叶中豪】之高中数学联赛平面几何直播课

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叶中豪老师数学竞赛课程:平面几何,可反复回看授课内容:《数学竞赛:二试平面几何》2018年天科教育学科竞赛夏令营将在全国主要城市拉开帷幕!但是有一部分学生因为路途和时间的问题不能来到夏令营现场听课,经众多不能来到现场听高中数学竞赛课程的要求,天科教育联合学科竞赛邀请几何大王叶中豪开设线上几何课程,7月15号热爱高中数学竞赛的同学们不见不散!授课师资:叶中豪
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平面几何研究 平面几何新思索 叶中豪

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N C
B Napoleon点
【040314】今用几何画板画“迭代”、“科赫雪花”及旋转的“正六面体”�
【040319】前天晚上给出“非钝角三角形的外心至三边的距离
结论 设 BE�CF 是△ABC 的角平分线�则 EF 过重心 G 的充要条
件是 1 � 1 � 1 。
bc a
F
G
E
特别地�当∠A∶∠B∶∠C�1∶2∶3 时�即∠A� � �∠B� 2 � �
7
7
B
∠C� 3� ��求证�G�E�F 共线。
7
这个结论用重心坐标很容易解释。
C 04031203
现象 考虑三角形 ABC�当底边 BC 及外接圆固定�而 A 点在圆上移动时各种特殊点的轨 迹。其中类似重心 K、垂聚点 X、切聚点 Y 都为椭圆�Spieker 点�Mittonpunkt 为两个 8 字曲线 �当中那点恰重合���Brocard 点像水珠形�而 Napoleon 点很复杂�就像拿破仑的帽子。
结论 2 三角形的每个旁心和相应边的中点连线一定共点�所共点位于重
心及 Gergonne 点的连线上�三角形的每个旁心和相应边上的内切圆切点连线也 一定共点�所共点既位于内、外心的连线上�又位于重心及 Gergonne 点的连线 上。而且上述两个所共点是原三角形的一对等角共轭点。
I3
A
F
E
I2
N
Ge
2004年 2月 27日 晚 探 索 得 � 三 角 形 的 Mittonpunkt与 Spieker点 、 垂 心 H三 点 共 线 。

叶仲豪平面几何讲义

叶仲豪平面几何讲义

平面几何讲义叶中豪(老封)1. 求证:三角形外接圆上任一点关于三边的对称点共线,这线通过三角形的垂心。

2.设一条直线l截△ABC的三边BC、CA、AB所在直线于D、E、F三点,O1、O2、O3分别是△AEF、△BFD、△CDE的外心。

求证:△O1O2O3的垂心H位于直线l上。

3.在锐角△ABC中,AB>AC,M、N是BC边上两个不同的点,使得∠BAM =∠CAN。

设△ABC和△AMN的外心分别为O1、O2。

求证:O1、O2、A三点共线。

(2012年全国联赛)4.设P是△ABC内一点,D是BC上一点,作△ACE∽△BDP,△ABF∽△CDP。

求证:E、P、F三点共线。

5. 已知△ABC的内切圆与AC、AB边切于E、F两点,自C点作∠B的平分线的垂线,垂足为P。

求证:E、P、F三点共线。

6.△ABC内心为I,内切圆切AB、AC边于E、F,延长BI、CI分别交直线EF于M、N。

求证:S四边形AMIN=S△IBC。

7.已知O是△ABC的外心,P是圆OBC上任一点,过O作AB垂线交直线PB 于E,过O作AC垂线交直线PC于F。

求证:A、E、F三点共线。

8.如图,矩形ABCD中,EF∥AB,EF与对角线BD交于G点。

过E作ET⊥DF,垂足为T;过F作FS⊥BE,垂足为S。

求证:S、G、T三点共线。

9. 设⊙O1、⊙O2相交于P、Q两点,两动点A、B从Q点出发,按逆时针方向分别沿两圆运动,且角速度保持相等。

求证:平面上存在一点X,使得X始终到A、B等距。

10. AD是△ABC外接圆切线,M是BC中点,O是外心,E是OD上任一点,过E作BC垂线EH交圆ADE于另一点F。

求证:A、F、M三点共线。

11. 如图,点E在AD上,点F在BC上,PE⊥BC,PF⊥AD。

求证:AEED=BFFC的充要条件是PAuu r·PCuu u r=PBuur·PDuu u r。

12. 已知ABCD是圆内接四边形,对角线AC、BD交于P点,O是外接圆心。

高中数学竞赛教材讲义 第十六章 平面几何

高中数学竞赛教材讲义 第十六章 平面几何

第十六章 平面几何一、常用定理(仅给出定理,证明请读者完成)梅涅劳斯定理 设',','C B A 分别是ΔABC 的三边BC ,CA ,AB 或其延长线上的点,若',','C B A 三点共线,则梅涅劳斯定理的逆定理 条件同上,若.1''''''=⋅⋅B C AC A B CB C A BA 则',','C B A 三点共线。

塞瓦定理 设',','C B A 分别是ΔABC 的三边BC ,CA ,AB 或其延长线上的点,若',','CC BB AA 三线平行或共点,则.1''''''=⋅⋅B C AC A B CB C A BA 塞瓦定理的逆定理 设',','C B A 分别是ΔABC 的三边BC ,CA ,AB 或其延长线上的点,若.1''''''=⋅⋅BC AC A B CB C A BA 则',','CC BB AA 三线共点或互相平行。

角元形式的塞瓦定理 ',','C B A 分别是ΔABC 的三边BC ,CA ,AB 所在直线上的点,则',','CC BB AA 平行或共点的充要条件是.1'sin 'sin 'sin 'sin 'sin 'sin =∠∠⋅∠∠⋅∠∠BA B CBB CB C ACC AC A BAA 广义托勒密定理 设ABCD 为任意凸四边形,则AB •CD+BC •AD ≥AC •BD ,当且仅当A ,B ,C ,D 四点共圆时取等号。

斯特瓦特定理 设P 为ΔABC 的边BC 上任意一点,P 不同于B ,C ,则有AP 2=AB 2•BC PC +AC 2•BCBP -BP •PC. 西姆松定理 过三角形外接圆上异于三角形顶点的任意一点作三边的垂线,则三垂足共线。

高中平面几何讲义

高中平面几何讲义

高中平面几何(上海教育出版社叶中豪)知识要点三角形的特殊点重心,外心,垂心,内心,旁心,类似重心,九点圆心,Spieker点,Gergonne点,Nagel点,等力点,Fermat点, Napoleon点, Brocard 点,垂聚点,切聚点,X点,Tarry点,Steiner点,Soddy点,Kiepert双曲线特殊直线、圆Euler线,Lemoine线,极轴,Brocard轴,九点圆,Spieker圆,Brocard圆,Neuberg圆,McCay圆,Apollonius圆,Schoute圆系,第一Lemoine圆,第二Lemoine圆,Taylor圆,Fuhrmann圆特殊三角形中点三角形,垂三角形,切点三角形,切线三角形,旁心三角形,弧中点三角形,反弧中点三角形,第一Brocard三角形,第二Brocard三角形,D-三角形,协共轭中线三角形相关直线及相关三角形Simson线,垂足三角形,Ceva三角形,反垂足三角形,反Ceva三角形重心坐标和三线坐标四边形和四点形质点重心,边框重心,面积重心,Newton线,四点形的核心,四点形的九点曲线完全四边形Miquel点,Newton线,垂心线,外心圆,Gauss-Bodenmiller定理重要轨迹平方差,平方和,Apollonius圆三角形和四边形中的共轭关系等角共轭点,等角共轭线,等截共轭点,等截共轭线几何变换及相似理论平移,旋转(中心对称),对称,相似和位似,相似不动点,逆相似轴,两圆外位似中心及内位似中心Miquel定理内接三角形,外接三角形,Miquel点根轴圆幂,根轴,共轴圆系,极限点反演反演,分式线性变换(正定向和反定向)配极极点与极线,共轭点对,三线极线及三线极点,垂极点射影几何点列的交比,线束的交比,射影几何基本定理,调和点列与调和线束,完全四边形及完全四点形的调和性, Pappus定理,Desargues定理,Pascal 定理,Brianchon定理著名定理三大作图问题,勾股定理,黄金分割,鞋匠的刀,P’tolemy定理,Menelaus定理,Ceva定理,Stewart定理,Euler线,Fermat- Torricelli 问题,Fagnano- Schwarz问题,Newton线,Miquel定理,Simson线, Steiner定理,九点圆,Feuerbach定理,Napoleon定理,蝴蝶定理,Morley 定理,Mannheim定理例题和习题1.以△ABC的AB、AC两边向形外作正方形ABEP和ACFQ,AD是BC边上的高。

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A
DN
C
MO
B 11.已知:BC 是圆上的定弦,而动点 A 在圆上运动,M 是 AC 中点,作 MP⊥
AB 于 P。求 P 点的轨迹。(10081601-4.gsp)
A
P M
O
B
C
12.△ABC 外接圆为圆 O,P 为 AB 上一点,过 P 分别作 OA、OB 的垂线,与 AC、BC 交于 S、T,与 AB 交于 M、N。求证:PM=MS 的充要条件是 PN=NT。 (10081601-3.gsp)
高中平面几何
学习要点
几何问题的转化
叶中豪
圆幂与根轴
P’tolemy 定理及应用
几何变换及相似理论
位似及其应用
完全四边形与 Miquel 点
垂足三角形与等角共轭
反演与配极,调和四边形
射影几何
复数法及重心坐标方法
例题和习题
1 . 四 边 形 ABCD 中 , AB=BC , DE ⊥ AB , CD ⊥ BC , EF ⊥ BC , 且
B
6.四边形 ABCD 中,M 是 AB 边中点,且 MC=MD,过 C、D 分别作 BC、AD 的垂线,两条垂线交于 P 点,再作 PQ⊥AB 于 Q。求证:∠PQC=∠PQD。 (10081601-26.gsp)
D C
P
A
MQ
B
7.已知 RT△ABD∽RT△ADC,M 是 BC 中点,AD 与 BC 交于 E,自 C 作 AM 垂线交 AD 于 F。求证:DE=EF。(10083001.gsp)
A
D
B
C
T
P
E
17.已知△ABC 中,心 I 关于 BC 边中点 M 的对称点为 I',S 是 BC 弧(不含 A 点)中点,直线 SI'交△ABC 的外接圆于另一点 P。求证:P 点到△ABC 较 远的顶点距离等于到另两个顶点距离的和。(10082201-5.gsp)
A
P
I
B
M
C
I'
S 18.在△ABC 外作△DBC∽△ECA∽△FAB,联结 AD、BE、CF。
A
F
ME
B
C
D
8.在△ABC 中,AB=AC,D 为 BC 边的中点,E 是△ABC 外一点,满足 CE⊥ AB,BE=BD。过线段 BE 的中点 M 作直线 MF⊥BE,交△ABD 的外接圆 的劣弧 AD 于点 F。求证:ED⊥DF。(2010 年女子竞赛)(10081601-4.gsp)
A
F
E
M
P
B
N
M
A
T
S
O
C
13.在ΔABC 中 AC>BC,F 是 AB 的中点,过 F 作它的外接圆直径 DE,使得
C、E 在 AB 同一侧,又过 C 做 AB 的平行线交 DE 于 L。 求证 :(AC+BC) 2=4DL×EF。 (09011003.gsp)
D C
L
O
F
A
B
E
14.已知:P 是垂直 ABC 外接圆 BC 弧上任意一点,PD⊥BC 于 D,PE⊥CA 于 E,PF⊥AB 于 F。求证:(BC/PD)=(AC/PE)+(AB/PF)。(09012201-7.1.gsp)
P
G EA
B
C
D
F
5.圆 O1 和圆 O2 相交于 A、B 两点,P 是直线 AB 上一点,过 P 作两圆作切线, 分别切圆 O1 和圆 O2 于点 C、D,又两圆的一条外公切线分别切圆 O1 和圆 O2 于点 E,F。求证:AB、CE、DF 共点。(10092201.gsp)
P
F E
D
C
A
O1
O2
A
P Q
O O'
B
3.设三角形 ABC 的 Fermat 点为 R,连结 AR,BR,CR,三角形 ABR,BCR, ACR 的九点圆心分别为 D,E,F,则三角形 DEF 为正三角形。(10082602.gsp)
A
E
D
R
F
B
C
4.在△ABC 中,已知∠A 的角平分线和外角平分线分别交外接圆于 D、E,点 A 关于 D、E 的对称点分别为 F、G,△ADG 和△AEF 的外接圆交于 A 和 另一点 P。求证:AP//BC。(10092102.gsp)
A
H
I
E
F
O
B
K
G
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L
20.一小圆切大圆于点 N,BA、BC 是大圆的两条弦,且分别切小圆于 K、M, 劣弧 AB 和劣弧 BC 的中点分别为 Q、P,又设△BQK、△BPM 外接圆的另 一个交点为 B1。求证:BPB1Q 为平行四边形。(10082001-1.gsp)
B
P Q
M K B1
A
F
D
C
B
E
P
15.已知 O 是△ABC 的外心,M 是 BC 边中点,D 是 OM 延长线上一点,满足 DO=DB,E、F 分别是 AB、AC 边上的点,满足∠MEA=∠MFA=∠A。求 证:AD⊥EF。(10080302.gsp)
A
O
E
F
B C
M
D
16.已知△ABC 中,AB=AC,线段 AB 上有一点 D,线段 AC 延长线上有一点 E,使得 DE=AB。线段 DE 与△ABC 的外接圆交于点 T,P 是线段 AT 延 长线上的一点。求证:点 P 满足 PD+PE=AT 的充要条件是 P 在△ADE 的 外接圆上。(2000 年国家集训队)(10082201-1.gsp)
B
D
C
9.设圆 I1 是△ABC 的 BC 边外的旁切圆,D、E、F 分别是切点,若 I1D 与 EF 交于 P 点。求证:AP 平分底边 BC。(10082001-8.gsp)
A
B DM
F
C
P E
I1
10.如图,⊙O 切△ABC 的边 AB 于点 D,切边 AC 于点 C,M 是边 BC 上一
点,AM 交 CD 于点 N.求证:M 是 BC 中点的充要条件是 ON⊥BC。 (09031302.gsp)
sin tan 1 。求证:2EF=DE+DC。(10081902.gsp)
sin
2
A
θ
E
D
γ
B
F
C
2.已知相交两圆 O 和 O'交于 A、B 两点,且 O'恰在圆 O 上,P 为圆 O 的 AO'B 弧段上任意一点。∠APB 的平分线交圆 O'于 Q 点。求证:PQ2=PA×PB。 (10092401-1. gsp)
求证:AF+FB+BD+DC+CE+EA≥AD+BE+CF。(10081601-2.gsp)
A F
E
B
C
D
19.过△ABC 一点 O 引三边 AB、BC、CA 的平行线与其它两边的交点分别为 E、F、G、H、I、K,过 O 作△ABC 的外接圆的弦 AL。 求证:OE·OF+OG·OH+OI·OK=OA·OL。(09042002.gsp)
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